KR20190122774A

KR20190122774A - 유체 구동 밸브

Info

Publication number: KR20190122774A
Application number: KR1020197028556A
Authority: KR
Inventors: 다이치 기타노; 즈요시 다니카와
Original assignee: 가부시키가이샤 후지킨
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2019-10-30
Also published as: CN110475999A; KR102241057B1; TW201907257A; JPWO2019004071A1; WO2019004071A1; SG11201908174VA; US20210278012A1; JP7136469B2; CN110475999B

Abstract

상시 감시를 계속하는 것이 용이하고, 액츄에이터로부터의 조작 유체의 누설을 액츄에이터의 작동이 행해지고 있는 경우라도 검지할 수 있는 유체 구동 밸브를 제공한다.
조작 유체의 압력이 작용하는 액츄에이터(3) 내부의 수압면 및 상기 조작 유체의 압력이 작용하지 않는 액츄에이터(3) 내부의 비수압면 각각에 압력 센서(21, 22)가 마련되어 있다. 밸브 봉(9)의 위치를 검지하는 위치 센서(23)가 더 마련되어 있다.

Description

유체 구동 밸브

본 발명은 조작 유체의 도입 또는 배출에 의해 유체 통로를 개폐하는 액츄에이터를 구비한 유체 구동 밸브에 관한 것으로, 특히, 이상 검출이 가능한 유체 구동 밸브에 관한 것이다.

조작 유체의 도입 또는 배출에 의해 유체 통로를 개폐하는 액츄에이터를 구비한 유체 구동 밸브에 있어서의 이상 검출을 검지하는 센서로서는, 액츄에이터의 작동을 검지하는 것이 알려져 있다.

또한, 특허문헌 1에는, 이상 검출이 가능한 유체 구동 밸브(에어 오페레이트 밸브)로서, AE 센서를 마련한 것이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2010-117330호 공보

유체 구동 밸브의 사용에 있어서는, 조작 유체의 누설이 조기에 발견되는 것이 바람직하지만, 액츄에이터의 작동을 검지하는 센서를 구비한 것에서는, 예컨대 실린더 캐비닛 등의 밀폐된 공간에서 유체 구동 밸브가 사용되는 경우에 있어서, 약간의 누설이 있어도, 액츄에이터를 구동할 수 있는 경우에는, 발견이 늦어져, 액츄에이터가 작동하지 않게 되어야, 처음으로 이상이 검지되는 케이스가 있다. 액츄에이터가 작동하지 않게 되면, 밸브 및 주위의 배관에는, 유체가 잔류한 상태가 되어, 예컨대 반도체 제조 프로세스에서 사용되는 것 같은, 외부 누설이 허용되지 않는 유해한 가스가 배기되지 못하고 잔류할 염려가 있다.

특허문헌 1의 유체 구동 밸브에서는, 적절한 시기에 이상 검출을 위한 검사를 실시하는 것이 필요하고, 상시 감시를 계속하기 어렵다고 하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 상시 감시를 계속하는 것이 용이하고, 액츄에이터로부터의 조작 유체의 누설을 액츄에이터의 작동이 행해지고 있는 경우라도 검지할 수 있는 유체 구동 밸브를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 유체 구동 밸브는, 유체 통로가 마련된 바디와, 조작 유체의 도입 또는 배출에 의해 상기 유체 통로를 개폐하는 액츄에이터를 포함하는 유체 구동 밸브에 있어서, 상기 조작 유체의 압력이 작용하는 상기 액츄에이터 내부의 수압(受壓)면 및 상기 조작 유체의 압력이 작용하지 않는 상기 액츄에이터 내부의 비수압면 각각에 압력 센서가 마련되는 것을 특징으로 하는 것이다.

유체 구동 밸브는, 조작 유체의 압력에 의해 피스톤을 구동함으로써 유체 통로를 개폐하는 밸브이며, 종래, 이러한 밸브에 있어서 압력을 검출하는 것은 행해지지 않았다.

본 발명의 유체 구동 밸브에서는, 조작 유체의 압력이 작용하는 액츄에이터 내부의 수압면 및 조작 유체의 압력이 작용하지 않는 액츄에이터 내부의 비수압면 각각에 압력 센서가 마련되어 있음으로써, 상시 감시를 계속하는 것이 용이하고, 액츄에이터의 작동이 행해지고 있는 경우라도 액츄에이터로부터의 조작 유체의 누설을 검지할 수 있어, 조기에 이상을 발견할 수 있다.

상기 조작 유체의 도입 또는 배출에 의해 이동하는 피스톤과, 상기 피스톤과 일체로 이동하여 밸브체를 개방 또는 폐쇄 방향으로 이동시키는 밸브 봉과, 상기 밸브 봉 및 상기 피스톤을 수납하는 케이싱을 포함하며, 상기 밸브 봉 또는 상기 피스톤의 위치를 검지하는 위치 센서가 더 마련되는 것이 바람직하다.

위치 센서가 더 마련되어 있음으로써, 액츄에이터의 작동이 정상으로 행해지고 있는지의 여부를 직접 검지할 수 있기 때문에, 수압면 및 비수압면 각각에 마련된 압력 센서와 조합하여, 이상의 경우 구분이 가능해져, 보다 정밀도가 좋은 이상 검지가 가능해진다.

수압면 및 비수압면을 형성하고 있는 부재로서는, 피스톤, 밸브 봉, 케이싱 등이 있지만, 압력 센서는, 어떤 부재에 마련하여도 좋다. 예컨대, 상기 압력 센서는, 상기 피스톤의 수압면 및 상기 피스톤의 비수압면에 마련되어 있는 경우가 있다. 또한, 상기 케이싱은, 상기 바디에 고정된 하부 케이싱과, 상기 하부 케이싱에 나사 결합된 상부 케이싱을 포함하고, 상기 압력 센서가 상기 상부 케이싱의 수압면과 비수압면에 각각 마련되어 있는 경우가 있다.

위치 센서를 마련하는 부재로서는, 피스톤, 밸브 봉, 케이싱 등이 있고, 위치 센서는, 어떤 부재에 마련하여도 좋지만, 예컨대, 상기 위치 센서가 상기 상부 케이싱에 마련되어, 밸브 봉의 상단부에 면하도록 하면 좋고, 이와 같이 함으로써, 밸브체를 개폐시키는 밸브 봉의 위치의 검지가 가능해져, 바람직한 것이 된다.

상기 유체 구동 밸브는, 퍼스널 컴퓨터 등을 구비한 감시 장치와 조합하여 밸브 감시 시스템으로 하는 것이 바람직하고, 이 경우, 감시 장치는, 상기 각 센서로부터의 신호를 수신하는 통신부와, 상기 각 센서로부터 수신한 신호로부터 합격 여부를 판정하는 판정부와, 상기 판정부에서 판정된 결과를 기억하는 기억부를 갖는 것이 된다.

본 발명의 유체 구동 밸브에 따르면, 상시 감시를 계속하는 것이 용이하고, 액츄에이터의 작동이 행해지고 있는 경우라도 액츄에이터로부터의 조작 유체의 누설을 검지할 수 있어, 조기에 이상을 발견할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유체 구동 밸브의 일실시형태를 나타내는 일부를 절결한 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유체 구동 밸브를 사용한 밸브의 감시 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 유체 구동 밸브의 다른 실시형태를 나타내는 일부를 절결한 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 유체 구동 밸브의 압력 센서로부터 얻어지는 신호의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 유체 구동 밸브의 위치 센서로부터 얻어지는 신호의 일례를 나타내는 그래프이다.

본 발명의 실시형태를, 이하 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 상하·좌우는, 도 1 및 도 3의 상하·좌우를 말하는 것으로 한다. 이 상하·좌우는, 편의적인 것이며, 상하가 반대로 되거나, 상하가 좌우가 되거나 하여 사용되는 경우도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유체 구동 밸브의 일실시형태를 나타내고 있고, 유체 구동 밸브(1)는, 유체 통로가 마련된 바디(2)와, 조작 유체의 도입 또는 배출에 의해 유체 통로를 개폐하는 액츄에이터(3)와, 유체 구동 밸브(1)의 이상을 검출하는 센서 장치(20)를 구비하고 있다.

조작 유체로서는, 대부분은 공기가 이용되지만, N₂나 Ar 등 여러 가지 가스를 이용하는 것이 가능하다.

바디(2) 내에는, 도시 생략하지만, 유체 통로를 개폐하는 밸브체가 마련되어 있고, 이것이 액츄에이터(3)의 작동에 의해 이동됨으로써 유체 통로가 개폐된다. 바디(2)의 좌면에는, 유체 유입 통로로 통하는 입구 커플링(4)이 마련되고, 바디(2)의 우면에는, 유체 유출 통로로 통하는 출구 커플링(5)이 마련되어 있다. 바디(2)의 상방에, 본네트(6)를 통해 케이싱(7)이 부착되어 있다.

액츄에이터(3)는, 케이싱(7) 내에 배치되어 상승 또는 하강함으로써 밸브체를 개방 또는 폐쇄 방향으로 이동시키는 밸브 봉(8)과, 밸브 봉(8)에 일체로 마련된 피스톤(9)과, 밸브 봉(8)을 하향으로 압박하는 압축 코일 스프링(압박 부재)(10)을 구비하고 있다.

케이싱(7)은, 본네트(6)에 고정된 하부 케이싱(11)과, 하부 케이싱(11)에 나사 결합된 상부 케이싱(12)으로 이루어진다. 상부 케이싱(12)의 정상벽에는, 조작 유체를 도입하는 배관이 접속되는 암나사부(13)가 형성되어 있다.

피스톤(9)은, 하부 케이싱(11)을 따라 이동하는 대직경부(9a)와, 대직경부(9a)의 상면에 연속하며 대직경부(9a)보다 외직경이 작은 중간 직경부(9b)와, 중간 직경부(9b)의 상면에 연속하며 중간 직경부(9b)보다 외직경이 작은 소직경부(9c)로 이루어진다. 상부 케이싱(12)의 정상벽에는, 암나사부(13)의 하측에 연속하도록, 원통형의 안내부(14)가 형성되어 있고, 피스톤(9)의 소직경부(9c)는, 안내부(14)를 따라 이동하도록 안내부(14)에 끼워 넣어져 있다. 대직경부(9a)의 외주에는, 환형의 오목부가 마련되고, 여기에, 하부 케이싱(11)의 둘레벽의 내주면과의 사이를 시일하는 O 링(15)이 배치되어 있다. 또한, 소직경부(9c)의 외주에는, 환형의 오목부가 마련되고, 여기에, 안내부(14)의 내주면과의 사이를 시일하는 O 링(16)이 배치되어 있다.

피스톤(9)에는, 소직경부(9c)의 중앙부 및 중간 직경부(9b)의 중앙부를 관통하여, 피스톤(9)의 대직경부(9a)의 하면과 하부 케이싱(11)의 바닥벽 상면 사이에 형성된 조작 유체 도입실(17)에 연통하는 조작 유체 통로(18)가 형성되어 있다.

압축 코일 스프링(10)은, 피스톤(9)의 대직경부(9a)의 상면에 마련된 환형의 오목부와 상부 케이싱(12)의 정상벽의 하면에 마련된 환형의 오목부에 의해 지지되고 있다. 압축 코일 스프링(10)은 피스톤(9)을 하향으로 압박하고 있어, 밸브 봉(8)이 하방으로 이동됨으로써, 유체 통로는 상시 폐쇄의 상태로 되어 있다. 그리고, 조작 유체 도입실(17)에 조작 유체가 도입되면, 피스톤(9) 및 밸브 봉(8)이 일체로 상방으로 이동되어, 유체 통로가 개방의 상태가 얻어진다.

피스톤(9)의 대직경부(9a)의 상면과 상부 케이싱(12)의 정상벽의 하면 사이는, 조작 유체가 들어오지 않는 비수압 공간(19)으로 되어 있다.

센서 장치(20)는, 2개의 압력 센서(21, 22)와, 1개의 위치 센서(23)를 가지고 있다.

제1 압력 센서(이하 「수압면 압력 센서」라고 칭함)(21)는, 조작 유체 도입실(17), 즉, 수압 공간의 압력을 검지하도록, 피스톤(9)의 대직경부(9a)의 하면에 마련되어 있다. 제2 압력 센서(이하 「비수압면 압력 센서」라고 칭함)(22)는, 비수압 공간(19)의 압력을 검지하도록, 피스톤(9)의 대직경부(9a)의 상면에 마련되어 있다. 위치 센서(23)는, 피스톤(9)의 대직경부(9a)의 하면의 위치[위치 센서(23) 설치 위치로부터의 거리]를 검지하도록, 하부 케이싱(11)의 바닥벽 상면에 마련되어 있다.

조작 유체를 도입하여 액츄에이터(3)를 작동시킨 경우, 수압면 압력 센서(21)는, 조작 유체 도입실(17) 내의 압력 상승에 따라 상승하고, 비수압면 압력 센서(22)는, 피스톤(9)에 의해 비수압 공간(19)이 압축되기 때문에, 압력이 약간 상승한다. 위치 센서(23)는, 피스톤(9)이 상방으로 이동함으로써, 값이 커진다. 그리고, 일정한 조작 유체가 도입되고 있는 동안은, 각 센서(21, 22, 23)의 지시값은, 동일한 값으로 유지된다.

도 2는 상기 센서(21, 22, 23)를 내장하는 유체 구동 밸브(1)와 감시 장치(40)를 구비한 감시 시스템의 일실시예를 나타내는 모식도이다.

설비나 플랜트에 설치되는 수많은 유체 구동 밸브(1) 중 하나를 나타내고 있지만, 각 유체 구동 밸브(1)에는, 그 식별 번호가 기록된 전자 태그의 하나인 RFID가 부착된다. 이 RFID는 전지를 내장한 액티브 타입이어도 좋고, 전지를 내장하지 않는 패시브 타입이어도 좋다. RFID가 패시브 타입인 경우는, 감시 장치(40)로부터 전파로 RFID에 전원 공급을 행하여 RFID의 전력으로 할 수 있다.

RFID로부터 무선으로 감시 장치(40)를 향하여 유체 구동 밸브(1)의 식별 번호가 보내지고, 그 식별 번호는 수신부(42)의 수신 안테나(41)에서 수신되어, 판정부(43)에 일단 저장된다.

다음에, 유체 구동 밸브(1)의 센서(21, 22, 23)로부터의 신호가 신호선(부호 없음)을 경유하여 감시 장치(40)의 수신부(42)에 들어가, 판정부(43)에 보내진다. 유선의 신호선을 경유하는 신호 전달 이외에, 무선에 의한 신호 전달 방법을 따라도 좋다.

판정부(43)에서는, 유체 구동 밸브(1)로부터의 신호가, 합격 신호인지 불합격 신호인지 판정하고, 그 판정 결과와 식별 번호는 짝이 되어 기억부(44)에 보존된다.

이 짝이 된 정보는, 감시 장치(40)의 표시부(도시하지 않음)에 표시시켜 확인할 수 있다.

또한, 밸브의 감시 시스템은, 이 짝이 된 정보를 발신부(45)에 보내어, 발신 안테나(46)로부터 인터넷 네트워크(47)에 전파 발신하여, 집중 관리 서버(48)에 보낼 수 있다.

집중 관리 서버(48)는, 설비나 플랜트의 전체 밸브의 식별 관리가 행해지고 있어, 이상이 인정되는 밸브를 즉시 발견하여, 경고를 발할 수 있다.

센서 장치(20)가 수압면 압력 센서(21), 비수압면 압력 센서(22) 및 위치 센서(23)를 가지고 있음으로써, 이들 3개의 센서(21, 22, 23)로부터 얻어지는 신호를 이용하여 유체 구동 밸브(1)의 이상 검지를 행할 수 있다.

예컨대, 도 4에 있어서, 수압면 압력 센서(21)가 실선으로 나타내는 설정값에 도달한 후, 파선으로 나타내는 바와 같이 그 값을 유지하고 있음에도 불구하고, 비수압면 압력 센서(22)의 값이 파선으로 나타내는 바와 같이 서서히 증가해 가는 경우, 조작 유체 도입실(17) 내의 조작 유체가 비수압 공간(19) 내에 유입(누설)하고 있다고 생각된다. 따라서, 비수압면 압력 센서(22)에 대하여 임계값을 설정해 두고, 이것을 넘은 경우에 경보를 출력함으로써, 초기 누설 중에 발견할 수 있어, 중대한 고장이 발생하기 전에 이상을 검지할 수 있다.

위치 센서(23)에 대해서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 설정값에 도달하기까지의 시간이 긴 경우나, 설정값에 도달하지 않는 경우 등이 있고, 이들에 대해서, 임계값을 마련해 둠으로써, 피스톤(9)이 완전히 움직이지 않게 되기 전에 이상을 검지할 수 있다.

또한, 수압면 압력 센서(21)의 신호, 비수압면 압력 센서(22)의 신호 및 위치 센서(23)의 신호 각각이 어떠한 상태를 나타내고 있는지를 검지하여 종합적으로 판단함으로써, 이상의 중요도나 이상에의 대응의 긴급성 등을 알 수 있어, 조기의 이상 발견, 조기의 대응을 실시할 수 있다.

또한, 도 1에 있어서, 조작 유체 도입실(17)의 압력을 검지하는 수압면 압력 센서(21)는, 하부 케이싱(11)의 바닥벽의 상면에 마련하여도 좋고, 비수압 공간(19)의 압력을 검지하는 비수압면 압력 센서(22)는, 상부 케이싱(12)의 둘레벽의 내주면에 마련하여도 좋고, 상부 케이싱(12)의 정상벽의 하면에 마련하여도 좋다. 또한, 위치 센서(23)는, 피스톤(9)의 대직경부(9a)의 하면 또는 상면에 마련하여도 좋고, 하부 케이싱(11)의 둘레벽의 내주면에 마련하여도 좋고, 상부 케이싱(12)의 정상벽의 하면에 마련하여도 좋다. 이와 같이, 각 센서(21, 22, 23)는 적절한 부분에 마련할 수 있지만, 바람직한 일례를 도 3에 나타낸다.

도 3에 있어서, 수압면 압력 센서(21) 및 위치 센서(23)는, 상부 케이싱(12)의 정상벽의 하면에 있어서의 밸브 봉(8)의 상단면에 면하는 위치에 마련되어 있고, 비수압면 압력 센서(22)는, 상부 케이싱(12)의 정상벽의 하면에 있어서의 피스톤(9)의 대직경부(9a)에 면하는 위치에 마련되어 있다. 밸브 봉(8)은, 밸브체를 직접 개폐시키는 부재이기 때문에, 밸브 봉(8)의 위치 및 밸브 봉(8)에 작용하는 압력을 검지함으로써 정밀도를 향상시킬 수 있다. 수압면 압력 센서(21) 및 위치 센서(23)는, 밸브 봉(8)의 상단면에 마련할 수도 있지만, 모든 센서(21, 22, 23)를 상부 케이싱(12)에 마련함으로써, 센서(21, 22, 23)의 설치가 용이해진다.

상기 유체 구동 밸브(1)에 있어서, 피스톤(9)의 수는, 1개로 되어 있지만, 복수로 될 수도 있다. 피스톤(9)은, 밸브 봉(8)과 일체여도 좋고, 별체여도 좋다. 피스톤(9)의 수의 증가에 따라, 조작 유체 도입실(17)의 수가 증가되며, 각 조작 유체 도입실에 조작 유체가 보내지게 된다.

또한, 상기 유체 구동 밸브(1)는, 압박 부재(10)로 밸브 봉(8)을 상시 폐쇄 위치에 위치시키도록 압박하는 상시 폐쇄형으로 되어 있지만, 압박 부재로 밸브 봉을 상시 개방 위치에 위치시키도록 압박하는 상시 개방형의 유체 구동 밸브여도, 마찬가지로 조기의 이상 검출이 과제로 되어 있고, 상기한 센서 장치(20)는, 상시 개방형의 유체 구동 밸브에도 적용된다.

본 발명의 유체 구동 밸브에 따르면, 조작 유체의 도입 또는 배출에 의해 유체 통로를 개폐하는 액츄에이터를 구비한 유체 구동 밸브에 있어서, 조기에 이상을 발견할 수 있기 때문에, 이것을 사용하는 장치의 안전성 향상에 기여할 수 있다.

1: 유체 구동 밸브
2: 바디
3: 액츄에이터
7: 케이싱
8: 밸브 봉
9: 피스톤
11: 하부 케이싱
12: 상부 케이싱
17: 조작 유체 도입실
19: 비수압 공간
20: 센서 장치
21: 수압면 압력 센서
22: 비수압면 압력 센서
23: 위치 센서

Claims

유체 통로가 마련된 바디와, 조작 유체의 도입 또는 배출에 의해 상기 유체 통로를 개폐하는 액츄에이터를 포함하는 유체 구동 밸브에 있어서,
상기 조작 유체의 압력이 작용하는 상기 액츄에이터 내부의 수압면 및 상기 조작 유체의 압력이 작용하지 않는 상기 액츄에이터 내부의 비수압면 각각에 압력 센서가 마련되는 것을 특징으로 하는 유체 구동 밸브.
제1항에 있어서, 상기 조작 유체의 도입 또는 배출에 의해 이동하는 피스톤과, 상기 피스톤과 일체로 이동하여 밸브체를 개방 또는 폐쇄 방향으로 이동시키는 밸브 봉과, 상기 밸브 봉 및 상기 피스톤을 수납하는 케이싱을 포함하며, 상기 밸브 봉 또는 상기 피스톤의 위치를 검지하는 위치 센서가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 유체 구동 밸브.
제2항에 있어서, 상기 압력 센서는, 상기 피스톤의 수압면 및 상기 피스톤의 비수압면에 마련되는 것을 특징으로 하는 유체 구동 밸브.
제2항에 있어서, 상기 케이싱은, 상기 바디에 고정된 하부 케이싱과, 상기 하부 케이싱에 나사 결합된 상부 케이싱을 포함하고, 상기 압력 센서가 상기 상부 케이싱의 수압면과 비수압면에 각각 마련되는 것을 특징으로 하는 유체 구동 밸브.
제4항에 있어서, 상기 위치 센서가 상기 상부 케이싱에 마련되어, 밸브 봉의 상단부에 면하는 것을 특징으로 하는 유체 구동 밸브.